Linux中的静态库和共享库

嵌入式攻城狮 2023-05-10 1034

描述

一. 什么是库

库是一个二进制文件，包含的代码可被程序调用。例如标准C库、数学库、线程库等等。库有源码，可下载后编译，也可以直接安装二进制包。库是事先编译好的，可以复用的代码，在OS上运行的程序基本上都要使用库。使用库可以提高开发效率。Windows和Linux下库文件的格式不兼容。Linux下包含静态库和共享库。

二. 静态库

静态库有如下特点

编译（链接）时把静态库中相关代码复制到可执行文件中

程序中包含代码，运行时不再需要静态库

程序运行时无需加载库，运行速度更快

占用更多磁盘和空间

静态库升级后，程序需要重新编译链接

静态库的创建与链接参考如下步骤：第一步：确定库中函数的功能、接口

第二步：编写库源码

/****hello.c****/
#include 
#include "hello.h"

void hello(void){
    printf("hello Andyxi
");
}

/****hello.h****/
#ifndef _HELLO_H_
#define _HELLO_H_

void hello(void);

#endif

第三步：编译生成目标文件

linux@linux:~/andy/lib$ ls
hello.c  hello.h
linux@linux:~/andy/lib$ gcc -c hello.c -Wall
linux@linux:~/andy/lib$ ls
hello.c  hello.h  hello.o

第四步：创建静态库

linux@linux:~/andy/lib$ ls
hello.c  hello.h  hello.o
linux@linux:~/andy/lib$ ar crs libhello.a hello.o  //使用ar crs命令创建静态库
linux@linux:~/andy/lib$ ls
hello.c  hello.h  hello.o  libhello.a    //注意libhello.a是库文件名，hello是库名
linux@linux:~/andy/lib$ nm libhello.a    //使用 nm 命令可查看库中符号信息

hello.o:
00000000 T hello
         U puts

第五步：编写应用程序

/****test.c****/
#include 
#include "hello.h"

int main(int argc, const char *argv[]){
    hello();
    return 0;
}

第六步：编译应用程序并链接静态库

linux@linux:~/andy/lib$ ls
hello.c  hello.h  hello.o  libhello.a  test.c
linux@linux:~/andy/lib$ gcc -o test test.c -L. -l hello  //使用-L. -l+库名链接静态库
linux@linux:~/andy/lib$ ls
hello.c  hello.h  hello.o  libhello.a  test  test.c
linux@linux:~/andy/lib$ ./test
hello Andyxi

由于使用的是静态库，编译后相关代码已经复制到可执行文件中。删除静态库，不影响程序执行

linux@linux:~/andy/lib$ ls
hello.c  hello.h  hello.o  libhello.a  test  test.c
linux@linux:~/andy/lib$ rm libhello.a 
linux@linux:~/andy/lib$ ls
hello.c  hello.h  hello.o  test  test.c
linux@linux:~/andy/lib$ ./test 
hello Andyxi

三. 共享库

共享库有如下特点：

编译（链接）时仅记录用到哪个共享库中的哪个符号，不复制共享库中相关代码

程序不包含库中代码，尺寸小

多个程序可共享一个库

程序运行时需要加载库

库升级方便，无需重新编译程序

使用更加广泛

共享库的创建与链接参考如下步骤：第一步：确定库中函数的功能、接口

第二步：编写库源码

/****hello.c****/
#include 

void hello(void){
    printf("hello world
");
    return ;
}

/****bye.c****/
#include 

void bye(void){
    printf("bye!
");
    return ;
}

/****共享库头文件common.h****/
#ifndef __COMMON_H__
#define __COMMON_H__

void hello(void);
void bye(void);

#endif

第三步：编译生成目标文件

linux@linux:~/andy/lib/share$ ls
bye.c  common.h  hello.c
linux@linux:~/andy/lib/share$ gcc -c -fPIC *.c -Wall
linux@linux:~/andy/lib/share$ ls
bye.c  bye.o  common.h  hello.c  hello.o

fPIC选项：告诉编译器生成位置无关代码

位置无关代码：生成的".o文件"文件中的代码可以被加载到任意的地址执行。编译时用到了相对寻址而不是绝对寻址

第四步：创建共享库common

linux@linux:~/andy/lib/share$ gcc -shared -o libcommon.so.1 hello.o bye.o
linux@linux:~/andy/lib/share$ ls
bye.c  bye.o  common.h  hello.c  hello.o  libcommon.so.1

shared选项：告诉编译器生成一个共享库

生成的共享库的文件名叫"libcommon.so.1"，其中".so"表示这是一个共享库，".1"表示这个库的版本是1

符号链接文件命名规则：lib<库名>.so

第五步：编写应用程序

/****test.c****/
#include 
#include "common.h"

int main(int argc, const char *argv[]){
    hello();
    bye();
    return 0;
}

第六步：编译应用程序并链接共享库

#****为共享库文件创建链接文件****#
linux@linux:~/andy/lib/share$ ls
bye.c  bye.o  common.h  hello.c  hello.o  libcommon.so.1  test.c
linux@linux:~/andy/lib/share$ ln -s libcommon.so.1 libcommon.so  //ln -s创建符号链接
linux@linux:~/andy/lib/share$ ls
bye.c  bye.o  common.h  hello.c  hello.o  libcommon.so  libcommon.so.1  test.c

#****编译应用程序并链接共享库****#
linux@linux:~/andy/lib/share$ gcc -o test test.c -L. -lcommon
linux@linux-:~/andy/lib/share$ ls
bye.c  bye.o  common.h  hello.c  hello.o  libcommon.so  libcommon.so.1  test  test.c

gcc -o test test.c -L. -lcommon：可见此处共享库和静态库用法相同；GCC在链接时首先找共享库，如果共享库不存在，则链接静态库，如果静态库也找不到，则报错

加"-static"选项后，编译器会直接去找静态库

共享库的加载：如果完成上述步骤后就执行程序，会报如下错误

linux@linux:~/andy/lib/share$ ./test
./test: error while loading shared libraries: libcommon.so: cannot open shared object file: No such file or directory

出错原因：因为程序链接的是共享库，并没有复制共享库中的代码，程序在执行时会去加载用到的共享库，加载时会去缺省路径(比如"/lib","/usr/lib")下寻找共享库，但是我们创建的库在当前目录下，并不在系统库的搜索路径里，所以在执行时找不到共享库，因此报错

创建好共享库后还需要添加共享库加载路径

第七步：加载共享库并执行程序

linux@linux:~/andy/lib/share$ export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:.
linux@linux:~/andy/lib/share$ ./test
hello world
bye!

export 用于将原来的环境变量导出

" : "前面的"$LD_LIBRARY_PATH"是引用原先的值；" : "后面的" . "是追加了当前目录；还可追加其余共享库的路径，要用" : "隔开

此方法是临时的，只对当前终端有效。当重新打开一个终端再执行改程序时又会报错

为了让系统能找到要加载的共享库，通常由三种方法：

把库拷贝到/usr/lib和/lib目录下

在LD_LIBRARY_PATH环境变量中添加库所在路径

添加/etc/ld.so.conf.d/*.conf文件，执行 ldconfig刷新

审核编辑：汤梓红

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